Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren Totes organisches
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Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren Totes organisches Material (Nacktschnecke) wird wieder dem Kreislauf der Natur zugefügt Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 2 Inhalt Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren....................................................................................................... 1 Inhalt.................................................................................................................................................. 2 Ökologische Grundbegriffe und Definitionen..................................................................................... 4 Gliederung eines Ökosystems........................................................................................................... 4 Bereiche der belebten und unbelebten Umwelt................................................................................. 5 Ordne die folgenden Bilder den Begriffen zu..................................................................................... 6 Die Ökologie im Zentrum der biologischen Wissenschaften.............................................................. 7 Mögliche Störungen im Ökosystem................................................................................................... 7 Ökologische Grundbegriffe und Definitionen..................................................................................... 8 Der Garten im Einmachglas - Dein eigenes Ökosystem *g*.............................................................. 8 Warum liegt nicht meterhoch das Laub am Waldboden?................................................................... 9 Lebewesen eines Ökosystems........................................................................................................ 10 Wiederholung: Destruenten schließen den Stoffkreislauf................................................................. 11 Beziehungen im Ökosystem............................................................................................................ 12 Grobe Gliederung der Lebewesen I: Die Pflanzen........................................................................... 13 a) Ordnung im Reich der Pflanzen nach dem herkömmlichen System:........................................ 13 b) Die pylogenetische Verwandtschaft zwischen den Pflanzen.................................................... 13 Grobe Gliederung der Lebewesen II: Die Tiere................................................................................ 14 a) Wirbellose Tiere (Invertebrata)................................................................................................. 14 b) Vereinfachter Stammbaum der Gliedertiere mit Erkennungsmerkmalen.................................. 15 c) Die Wirbeltiere (Vertebrata)...................................................................................................... 16 d) Der Stammbaum der Wirbeltiere.............................................................................................. 17 e) Stammbaum der Säugetiere mit den Erkennungsmerkmalen.................................................. 17 Materie und Energiefluss im Ökosystem.......................................................................................... 18 Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen und ihrer Umwelt........................................................ 19 Einfluss von Umweltfaktoren auf Lebewesen................................................................................... 20 1. Ein abiotischer Faktor: Temperatur (3 Beispiele)...................................................................... 20 2. Zwei abiotische Faktoren: Temperatur & Salzgehalt................................................................ 21 3. Zwei abiotische Faktoren: Säuregrad des Bodens und Temperatur......................................... 21 Toleranzbereich bzgl. eines Umweltfaktors (= ökologische Potenz)................................................ 22 Toleranzkurve eines Organismus bzgl. eines Umweltfaktors........................................................ 22 Die Reaktionsnorm als genetischer Hintergrund der Toleranzkurven:.......................................... 23 Besondere Beispiele für Anpassungen an extreme abiotische Faktoren......................................... 24 Physiologische und ökologische Potenz.......................................................................................... 25 Physiologische und ökologische Potenz einiger Baumarten............................................................ 26 Abiotische Umweltfaktoren: Wasser ............................................................................................... 27 a) Bei Pflanzen:............................................................................................................................ 27 b) Bei Tieren: ............................................................................................................................... 28 Abiotische Umweltfaktoren: Licht..................................................................................................... 29 Wirkung der Tageslänge auf zwei verschiedene Pflanzen............................................................... 30 Wie verhalten sich Kurz- und Langtagpflanzen im Versuch?........................................................... 31 Vergleich Kurztagpflanze/ Langtagpflanze....................................................................................... 31 Lichtverhältnisse und Bodenbewuchs am Waldboden..................................................................... 32 Abiotische Umweltfaktoren: Temperatur.......................................................................................... 33 Gleichwarm - Wechselwarm............................................................................................................ 33 Wechselwarme Tiere (=poikilotherm)........................................................................................... 33 Gleichwarme Tiere (=homoiotherm)............................................................................................. 33 Für den Einfluss der Temperatur auf Lebewesen gelten folgende drei Regeln:............................... 34 1) RGT-Regel:.............................................................................................................................. 34 2) Bergmannsche Regel (Größenregel): ...................................................................................... 34 Modellexperiment zur Bergmannschen Regel:............................................................................. 34 3) Die Allensche Regel ................................................................................................................ 35 Einfluss der abiotischen Faktoren auf Lebewesen........................................................................... 36 Pinguine........................................................................................................................................... 37 Füchse - angepasst an das Klima.................................................................................................... 39 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 3 a) Der Rotfuchs............................................................................................................................ 39 b) Der Polarfuchs ......................................................................................................................... 40 c) Der Fennek............................................................................................................................... 41 Vergleich der Ohrengrößen bei Füchsen - ein Beispiel für die Allen'sche Regel.............................. 42 Winterschlaf und Winterruhe............................................................................................................ 43 a) Winterschlaf............................................................................................................................. 43 b) Die Winterruhe......................................................................................................................... 43 Gleichwarm und Wechselwarm....................................................................................................... 44 Merkmale gleichwarmer Tiere (homoiotherm).................................................................................. 45 a) Wechselwarme Tiere................................................................................................................ 46 b) Gleichwarme Tiere................................................................................................................... 47 Das Murmeltier................................................................................................................................ 48 Abiotischer Faktor: Boden................................................................................................................ 49 Boden wird in Profile (bzw. Bodenhorizonte) eingeteilt:................................................................ 49 Die Erdfärbung lässt Rückschlüsse auf den Humusgehalt des Bodens zu:.................................. 49 Man unterscheidet Bodentypen nach ihrer Korngröße..................................................................... 50 Die 3 Hauptbodenarten.................................................................................................................... 51 Die Schlämmprobe.......................................................................................................................... 52 Mineralsalzgehalt von Böden und ihre Auswirkungen (die Minimalfaktoren).................................... 53 Liebig Modell zur Versorgung mit Mineralsalzen: Die Minimum-Tonne............................................ 55 Mangelerscheinungen bei Pflanzen.............................................................................................. 55 Übungsaufgaben Ökologie.............................................................................................................. 56 Zeigerorganismen............................................................................................................................ 57 Beispiele für Zeigerorganismen.................................................................................................... 57 Bachforellen..................................................................................................................................... 58 Aufgabe zur Höhenzonierung in den Alpen..................................................................................... 59 Wiederholungsfragen....................................................................................................................... 60 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 4 Ökologische Grundbegriffe und Definitionen Ökologie ist BIOSPHÄRE: Gesamtheit aller Ökosysteme auf der Erde = belebter Raum der Erde Höhe: Andenkondor lebt und fliegt in 5000m Höhe eingekapselte Einzeller sind in 18km Höhe noch lebenstauglich! Tiefe: Große Fischpopulationen sowie Erdölbakterien in 4000 m Tiefe, Ökosysteme an Black & White Smokern, Pottwal vermutete Tauchtiefe 3000-4000 m Die Ökologie wirft folgende grundlegende Fragen auf: ● Wie sind Pflanzen und Tiere von den abiotischen und biotischen Faktoren ihrer Umwelt abhängig? ● Woher beziehen die Organismen eines Ökosystems ihre Nährstoffe und Energie? ● Wie hat der Mensch die Ökosysteme verändert und welche Folgen hat das für ihn? ● Wie kann er nachteilige Folgen vermeiden? Probleme mit denen sich die Ökologie beschäftigt: ● Waldsterben durch Luftverschmutzung ● Verschmutzung der Meere durch Abwässer ● Ausbreiten von Wüsten ● Treibhauseffekt Gliederung eines Ökosystems Ökosystem (4 Hauptkomponenten) Abiotische Faktoren Sonnenenergie, CO2, H2O, O2, Temperatur, Bodenbeschaffenheit, geomorphologische Verhältnisse, Klima, Wetter, Umweltkatastrophen, Produzenten Konsumenten Destruenten Algen (Phytoplankton), Flechten, Moose, Farne, Samenpflanzen Zooplankton, Wirbellose, Wirbeltiere z.B. anaerobe und aerobe Bakterien, niedere Pilze usw. Biotop Biozönose Als Biozönose bezeichnet man die Gesamtheit der Lebewesen 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 5 Bereiche der belebten und unbelebten Umwelt Atmosphäre (gasförmige Hülle, Luftschichten usw.) Hydrosphäre (ober- & unterirdische Wasservorkommen, z.B. Meer, Grundwasser & Gewässer, ca. 70%) Biosphäre Gesamtheit aller Ökosysteme (= belebter Raum der Erde) Pedosphäre (Land und Bodenhülle) Litosphäre (Erdkruste, Erdschichten) Die Pedosphäre (=besiedelter Bereich des Bodens), die Hydrosphäre und die Atmosphäre sind die Bereiche, in denen Lebewesen vorkommen. Man nennt diesen Bereich auch Biosphäre. Zwischen diesen Bereichen findet immer auch ein Austausch von Nährstoffe, Nährsalzen, anderen Stoffen und Energie statt. Die Lithosphäre ist tief im Boden und ist in der Regel nicht von Lebewesen besiedelt. Sie enthält Mineralsalze, Gestein und bereits verwittertes Gestein und abgestorbene, fossile Lebewesen. Die Biosphäre gliedert sich je nach den herrschenden abiotischen Faktoren einzelne Ökosysteme (terrestrische Ökosystem, wie Wald, Steppe, Wüste Eiswüste und aquatische Ökosysteme wie Pfützen, Tümpel, Flüsse, Seen, Meer usw.) Die ökologischen Forschungen und Untersuchungen sind in mehrere Gebiete unterteilt: a) In der Autökologie steht ein Lebewesen und sein Überleben in Hinblick auf abiotische Faktoren und biotische Faktoren b) Die Populationsokölogie untersucht Populationen einer Art, ihr Überleben, Artstrategien und die Wechselwirkungen der Lebewesen untereinander. c) Die Synökologie untersucht Wechselwirkungen zwischen den Arten der Biozönose in einem Biotop (z.B. Nahrungsbeziehungen, intraspezifische und interspezifische Konkurrenz). (Atome → Moleküle → Organellen → Zellen → Gewebe → Organe →) Organismus → Population → Biotop / Biozönose → Ökosystem → Biosphäre Ökologie ist die Lehre von den Wechselwirkungen der Lebewesen untereinander und zu ihrer Umwelt Die Ökologie wurde von Ernst Heinrich Haeckel (1834-1919) in Folge auf Darwins Erkenntnisse zur Entwicklung der Arten (=Evolution) als biologische Fachdisziplin begründet. Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Ökologie http://de.wikipedia.org/wiki/Hydrosphäre http://de.wikipedia.org/wiki/Litosphäre http://de.wikipedia.org/wiki/Ernst_Haeckel http://de.wikipedia.org/wiki/Pedosphäre http://de.wikipedia.org/wiki/Atmosphäre 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 6 Ordne die folgenden Bilder den Begriffen zu Begriffe: Autoökolgie - Populationsökologie - Synökologie 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 7 Die Ökologie im Zentrum der biologischen Wissenschaften Mögliche Störungen im Ökosystem • • • • • • • • • • • Feuer Überschwemmungen Stürme Tsnuamis Lawinen Epidemien Menschen artfremde Nahrungskonkurrenten Parasiten Krankheitserreger usw. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 8 Ökologische Grundbegriffe und Definitionen ÖKOLOGIE: Ernst Haeckel (1866): „Ökologie ist die Lehre vom Haushalt der Natur!“ Sie ist innerhalb der Biologie die Wissenschaft von den Wechselbeziehungen zwischen den Organismen und ihrer Umwelt. http://de.wikipedia.org/wiki/Ökologie BIOZÖNOSE: Gesamtheit aller Organismen, die in einem geographisch abgrenzbaren Raum leben (= Lebensgemeinschaft). http://de.wikipedia.org/wiki/Biozönose BIOTOP: Unbelebte Umwelt und Lebensbereich, welcher räumlich auf ein Gebiet beschränkt ist. http://de.wikipedia.org/wiki/Biotop ÖKOSYSTEM: Einheit von Biozönose und Biotop. z.B.: terrestrisch: Wald, Wiese, Wüste, Hochgebirge, Polarzone, Darm, usw. z.B.: aquatisch: Pfütze, Tümpel, Weiher, See, Fluss, Meer, usw. http://de.wikipedia.org/wiki/Ökosystem BIOSPHÄRE: Gesamtheit aller Ökosysteme auf der Erde. http://de.wikipedia.org/wiki/Biosphäre Der Garten im Einmachglas - Dein eigenes Ökosystem *g* Besorge Dir ein großes Einmachglas mit Deckel oder eine Kleines Kügelförmiges Aquarium. Bedecke den Boden mit Holzkohle und dann mit einer etwas dickeren Schicht Bumenerde. Nun kannst Du Moose aus dem Wald und andee kleinere Pflanzen in diesem „Gewächshaus“ anpflanzen. Achte darauf, nicht die Glaswände mit Erde zu beschmutzen. Als Werkzeuge eignen sich übrigens Löffel und Gabeln hervorragend ;-) Abschließend wird der Boden gut bewässert und man kann nun das Gewächshaus verschließen (mit einem passenden Deckel oder eine Kunststofffolie, welche mit einem Gummiband fixiert wird. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 9 Warum liegt nicht meterhoch das Laub am Waldboden? Betrachte einmal das Bild eines Laubwaldbodens Anfang April: Vielleicht kannst Du erklären, was das Laub verschwinden lässt, wenn Du das folgende Experiment auswertest: Laub aus dem Wald in einer Kunststoffkiste und sich selbst überlassen. Bild 1 entstand im November, Bild 2 im darauffolgenden Februar. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 10 Lebewesen eines Ökosystems PRODUZENTEN: Alle Photosynthese betreibenden (=autotrophen) Lebewesen. Dazu gehören v.a. grüne Pflanzen und Algen (aber auch einige Bakterien). Sie produzieren die „grüne“ Biomasse und sind somit Primärproduzenten. Alle atmenden (=heterotrophen) Lebewesen sind darauf angewiesen. KONSUMENTEN (= Verbraucher): Alle atmenden (=heterotrophen) Lebewesen sind gleichzeitig auch Konsumenten. Sie sind auf die Produkte der Produzenten für ihren Stoffwechsel angewiesen. Dazu gehört die Tierwelt und die Menschen Man unterschiedet zwei Typen: 1. Primärkonsumenten: Pflanzenfresser (=Herbivore) 2. Sekundärkonsumenten: Fleischfresser (=Carnivore) DESTRUENTEN (= Zersetzer/ Zerkleinerer v. Latein: destruere „zerstören“, „zersetzen“) ernähren sich also von den abgestorbenen, toten organischem Material der ersten beiden Gruppen. Zu ihnen gehören Tiere, wie viele Würmer (Wattwurm & Regenwurm) Aaskäfer, Krebstiere, Termiten und Asseln sowie Bakterien und Pilze. Sie ernähren sich z.B. von Laub, toten Tierkadavern, Pflanzenreste sowie Ausscheidungen von Tieren (=Exkremente) usw. Sie gewinnen ihre Energie aus diesen Stoffen und zersetzten diese wieder in anorganische Mineralstoffe (unter Energiegewinn) umwandeln. So entstehen aus toter Materie wieder Wasser, Kohlendioxid, Phosphatsalze, Sulfatsalze, Nitratsalze, usw. Diese werden dann von den Produzenten wieder aufgenommen. (http://de.wikipedia.org/wiki/Destruenten) Man unterschiedet zwei Typen: a) Saprobionten1 (=Fäulnisbewohner von Altgriechisch „σαπρός“ [sapros] = „faul, verfault“): Sie zersetzen (in der Regel als erstes) v.a. größere Bestandteile, wie tote Tiere oder Blätter. Sie stehen am Anfang der Zersetzungskette. Dazu gehören z.B. Asseln, Regenwürmer oder der Pillendreher. Sie scheiden mit ihren Exkrementen noch organisches Material aus, welches immer noch ein wenig Energie enthält. Sie sorgen durch das Zerkleinern (z.B. von Laub) ebenfalls für eine erste Verteilung und eine größere Angriffsfläche für Bakterien und Pilze. http://de.wikipedia.org/wiki/Saprobiont b) Mineralisierer: Sie kommen meist nach den Saprophyten und zersetzen letzte organische Bestandteile zu Mineralsalzen, Kohlenstoffdioxid, Nitraten und Wasser. Diese werden freigesetzt und stehen dann dem natürlichen Kreislauf (v.a. den Pflanzen) wieder zum Aufbau zur Verfügung. Zu ihnen gehören z.B. Pilze, Bakterien. http://de.wikipedia.org/wiki/Mineralisierung Beide Gruppen sorgen an Land für die Humusbildung sowie in Gewässern für die Bildung von Faulschlammschichten. In Gewässern sind mineralisierende Bakterien auch für die „Selbstreinigung“ der Gewässer verantwortlich. Zusatzinfromation: Der früher oft verwendete Begriff „Saprophyt“ gilt als überholt, da Pflanzen generell nicht saprobiotisch leben und man oft sogar Tiere dazuzählte. Besser ist die Verwendung des Begriffes "Saprobiont" 1 Die Unterscheidung in Saprophyten (=pflanzliche Fäulnisbewohner) und Saprozoen (=tierische Fäulnisbewohner) ist veraltet. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 11 Wiederholung: Destruenten schließen den Stoffkreislauf Wird alles, was Pflanzen produzieren von Konsumenten gefressen? ⇒ Nein, Laub bleibt übrig Warum liegen am Waldboden nicht meterhohe Haufen von Blättern? ⇒ Verwesung Ein Ökosystem ist bezüglich des Materieflusses ein geschlossenes System. Keine neue Materie muss zugeführt werden. Es ist also selbst erhaltend. Aber woher beziehen eigentlich Pflanzen und Tiere ihre Mineralstoffe? Pflanzen nehmen sie aus dem Boden auf, Tiere über Pflanzen oder andere Tiere. Aber wie gelangen sie von den Tieren oder toten Pflanzenresten wieder in den Boden? Hier kommen die Destruenten (=Zersetzter) ins Spiel. Sie zersetzen tote Tier- und Pflanzenkörper sowie deren Ausscheidungen (=Exkremente), ernähren sich also von den abgestorbenen ersten beiden Gruppen. Ihr Merkmal ist, dass sie die organischen Substanzen wieder in anorganische Substanzen (unter Energiegewinn für sich selbst!) umwandeln. So entstehen aus toter Materie wieder Wasser, Kohlendioxid sowie viele Mineralsalze wie Magnesiumsalze, Calciumsalze, Kaliumsalze, Natriumsalze, Phosphatsalze, Sulfatsalze, Chloridsalze Nitratsalze, usw. Diese werden dann von den Produzenten wieder aufgenommen. Stoffwechsel der Mikroorganismen: organische Stoffe → anorganische Stoffe ( Wasser, Kohlenstoffdioxid, Nährsalze ) Destruenten: Fäulnisbewohner, Bakterien + Pilze, die organische Stoffe (wie Kohlenhydrate + Fette) zu einfachen anorganischen Stoffen (wie H2O , CO2 + Nährsalzen) abbauen. Zurück bleibt meist Humus 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 12 Beziehungen im Ökosystem Quelle Bild: Public Domain by Wikiperiauser Biggerj1, thank you: http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Destruenten_im_Stoffkreislauf.svg 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 13 Grobe Gliederung der Lebewesen I: Die Pflanzen a) Ordnung im Reich der Pflanzen nach dem herkömmlichen System: Das Reich : Der Stamm : Die Klasse : Pflanzen Moose Gefäßpflanzen Nacktsamer Bedecktsamer Farne Nadelhölzer uvm. Einkeimblättrige Zweikeimblättrige Lillien die meisten Orchideen Blütenpflanzen & Bäume b) Die pylogenetische Verwandtschaft zwischen den Pflanzen Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Systematik_des_Pflanzenreichs 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 14 Grobe Gliederung der Lebewesen II: Die Tiere a) Wirbellose Tiere (Invertebrata) Das Tierreich gliedert sich grob gesagt in "Wirbellose Tiere" und Wirbeltiere. Alle Tiere, die noch keine Wirbelsäule besitzen werden als wirbellose Tiere (=Invertebrata) bezeichnet. Sie werden auch nach ihrer Entwicklung als Urmünder bezeichnet (siehe auch Kapitel 08.09 Entwicklungsbiologie: Gastrulation). Schaut man genauer hin, so stellt man fest, dass nicht alle wirbellosen Tiere untereinander eng verwand sind. Neben einigen Chordatieren (die Chorda ist der Vorläufer der Wirbelsäule) sind alle nicht-Chordaten zu den Wirbellosen zu rechnen. Die größte Gruppe der Nichtwirbeltiere sind die Gliedertiere mit alleine über 750 000 Insektenarten. Weitere Gruppen sind die Weichtiere und die Gliedertiere gehören. Folgende Tiergruppen gehören zu den wirbellosen Tieren: ● Schwämme (Porifera) ● Nesseltiere (Cnidaria) ● Rippenquallen (Ctenophora) ● Plattwürmer (Plathelminthes) ● Schlauchwürmer (Nemathelminthes) ● Schnurwürmer (Nemertini) ● Ringelwürmer (Annelida) ● Gliederfüßer (Arthropoda) ● Zungenwürmer (Pentastomida) ● Spritzwürmer (Sipunculida) ● Igelwürmer oder Sternwürmer (Echiurida) ● Bärtierchen (Tardigrada) ● Kelchwürmer (Kamptozoa) ● Stachelhäuter (Echinodermata) ● Weichtiere (Mollusca) ● Pfeilwürmer (Chaetognata) ● sehr wenige Chordatiere (Chordata) Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Wirbellose 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 15 b) Vereinfachter Stammbaum der Gliedertiere mit Erkennungsmerkmalen Die größte Gruppe der Nichtwirbeltiere sind die Gliedertiere. Jedes Kästchen symbolisiert den ungefähren Zeitpunkt, an dem durch Mutationen neue Merkmale entstanden sind. Diese werden dann, sofern sie sinnvolle Anpassungen an die Umwelt darstellen weitervererbt. Man findet sie demzufolge oft noch bei nachfolgenden Arten. Solche Merkmale und Anpassungen können allerdings auch wieder verschwinden. Gliedertiere (Articulata) Gliederfüßer (Arthropoda) Mandibeltiere (Mandibulata) Ringelwürmer (Annelida) Regenwürmer Egel Tracheentiere (Tracheata) Spinnentiere Krebse Chelicerata Crustacea 2 (3) Krallen an den 4 Beinpaaren Lichtsinneszellen am ganzen Körper geschl. Blutkreislauf Chitinborsten Spaltbein Kiemen unpaares Naupilus-auge (v.a. bei Larven) Außenverdauung Tausendfüßer Insekten Myriapoda je Segment ein Beinpaar Insecta ein Beinpaar pro Brustsegment 3 gliedriger Bau (K-B-H) eingeschnürter Körper 2 Paar Antennen Verlust des zweiten Antenepaars Tracheen Spinndrüsen Komplexaugen reduziert Antennen 4 Borsten / Segment MWZ Komplexaugen gegliederte Beine, Außenskelett 2 gliedriger Körperbau Bauchmark (konz. Nervensystem) Körpergliederung Chitin Zusatzinformationen: ● Vermutlich ist die einzige Gemeinsamkeiten aller Krebse die besondere Form ihrer Krebslarven (auch Naupliuslarve genannt), welche drei Segmente mit Beinen und in der Mitte des Kopfes ein einzelnes, unpaares Naupliusauge haben. ● Krebse: ca. 40000 Arten ● Myriapoden: ca. 13.000 Arten 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 16 c) Die Wirbeltiere (Vertebrata) Die Wirbeltiere gehören zur Gruppe der Neumünder. Davon gibt es drei Gruppen: Chordatiere Stacheläuter und Kiemenlochtiere. 1. Chordatiere (Chordata) - Wirbeltiere (Vertebrata) (mit 3 Untergruppen - ca. 54.000 Arten) - Kieferlose (Agnatha) (50 Arten) - Rundmäuler (Cyclostomata) - Kieferlose Panzerfische (Ostracodermi) † - Kiefermäuler (Gnathostomata) (53.950 Arten) - Fische (Pisces) (24.625 Arten) ° Panzerfische (Placodermi) † ° Knorpelfische (Chondrichthyes) (625 Arten) ° Knochenfische (Osteichthyes) (24.000 Arten) * Strahlenflosser (Actinopterygii) * Muskelflosser (Sarcopterygii) - Landwirbeltiere (Tetrapoda) (29.325 Arten) - Amphibien (Amphibia) (4.000 Arten) - Reptilien (Reptilia) - Säugetiere (Mammalia) (4.000 Arten) - Vögel (Aves) (9.000 Arten 2. Stachelhäuter (Echinodermata) - u.a. mit den Seesterne und Seeigel 3. Kiemenlochtiere (Hemichordata) - Flügelkiemer (Pterobranchia) - Eichelwürmer (Enteropneusta) Alle Wirbeltiere sind miteinander verwandt, d.h. sie hatten gemeinsame Vorfahren. Einer dieser Vorfahren ist vermutlich das so genannte "Urwirbeltier". Es unterschied sich von den Weichtieren und anderen damals lebenden Tierarten durch die Ausbildung einer sehr ursprünglichen Wirbelsäule. Es lebte vermutlich vor vielen hundert Millionen Jahren als Meeresbewohner und kann als Verbindung zwischen wirbellosen Tieren und Wirbeltieren gesehen werden. Von ihm stammen die ersten Fische ab. In den folgenden Millionen von Jahren haben sich daraus die Amphibien, die Reptilien, die Vögel und die Säugetiere entwickelt. Heute kennt man ca. Wirbeltiere 55.000 Wirbeltierarten. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 17 d) Der Stammbaum der Wirbeltiere Fische Amphibien (=Lurche) Reptilien Krokodile & Schildkröten Vögel Federn? Haare Milchdrüsen Hautschuppen kernlose rote BK Brutpflege lebend gebärend 3 Gehörknöchelchen gleichwarm (nicht Krokodile & SK!) lange, schlanke Extremitäten Eier mit Kalkschale innere Befruchtung durch Penis Krallen oder Nägel aus Horn (Saurier †) feuchte & stark luftdurchlässige Haut (ohne Federn, Haare oder Schuppen) Kiemen Säugetiere 1 2 3 Seitenlinienorgan Lunge Luftröhre Augenlider äußere Befruchtung wechselwarm Knochen aus Knorpel und Kalk Wirbelsäule Zähne Zeit - heute - 65 Mio Ende Kreide - 200 Mio Jura - 370 Mio Karbon - 390 Mio Karbon - 450 Mio Devon - 500 Mio Ur-Wirbeltier Silur 1) lang gestreckte Halswirbel 2) aufrechter Gang auf den Hinterbeinen 3) Mangel an Zähnen e) Stammbaum der Säugetiere mit den Erkennungsmerkmalen Säugetiere (Mamalia) Theria Kloakentiere (Monotremata) Beuteltiere (Marsupialia) nur 1. Prämolar gewechselt Plazentatatiere (Placentalia) Plazenta als Produkt der Beutelknochen Schenkeldrüse + Sporn Zitzenleiste, lebendgebärend = Zitzentiere Beutelknochen Milchdrüse Kernlose rote Blutkörperchen Gehörknöchelchen, Haarkleid 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 18 Materie und Energiefluss im Ökosystem Ein Ökosystem ist bezüglich des Materieflusses ein geschlossenes System. Keine neue Materie muss zugeführt werden. Es ist also autark. Ökosysteme sind aber auf die Zufuhr von Energie angewiesen. Der Grund ist ein permanenter Verluste durch Wärmeabgabe, z.B. in den Weltraum. Sonnenlicht (einzige Energiequelle!) liefern Zucker, Eiweiß, Fette, O2 PRODUZENTEN KONSUMENTEN CO2, H2O Mineralstoffe, CO2 lebende Biomasse, Pflanzenteile, O2 tote Biomasse, „Leichen“ und damit Mineralstoffe und Nährstoffe Nahrung „Abfälle beseitigen“ geringe Wasserabgabe DESTRUENTEN An der Grafik kann man leicht erkennen, dass die einzige Energiequelle das Sonnenlicht ist. Die ständige Energiezufuhr und die Aufnahme durch die Primärproduzenten in Form des Sonnenlichts ist Bedingung für den Bestand eines Ökosystems. Denn, obwohl das Schema einen geschlossenen Kreislauf zeigt, so geht dem Ökosystem doch Energie verloren! Die Energie wird in Form von Materie weitergegeben (also chemisch gebundener Energie in Form von organischer Substanz) Von einer Stufe (=Trophieebenen) zur nächsten, beträgt der Verlust2 an Energie ca. 90%. Nur ca. 10% werden in Form von Biomasse weitergegeben! Für die Chemieinteressierten kann man übrigens zusammengefasst sagen, dass besonders langkettige Kohlenwasserstoffverbindungen mit vielen Atombindungen chemische Energie enthalten. Durch den Stoffwechsel der Lebewesen werden diese zu Kurzkettigen umgewandelt. Die Aufspaltung der Atombindungen setzt dabei Energie frei. Am Ende des Abbaus einer energiehaltigen Substanz steht im Ökosystem immer das Produkt Kohlenstoffdioxid. Es enthält besonders wenig Energie. Lebewesen, welche zum Beispiel Kohlenhydrate direkt zu Kohlenstoffdioxid oxidieren können, nutzen die Energie ihrer Nahrung besonders effizient! 2 Verlust durch Körperwärmeabgabe, Bewegungsenergie, Energie für das Gehirn, „Lebensenergie“, nicht von den Konsumenten verwertete Energie z.B. in Haaren und Knochen, usw. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 19 Wechselbeziehungen zwischen Lebewesen und ihrer Umwelt Mache doch mal einen Rundgang durch den Wald, den Schlosspark oder an einen See und betrachte und kartiere die Lebewesen. Analyse nach zwei Aspekten: 1. Analysiere die vorliegenden abiotischen Faktoren genau 2. Welche Lebewesen hast Du vorgefunden? Erstelle eine Übersicht mit Beziehungspfeilen Lichtverhältnisse Gase CO2 / O2 - Gehalt der Luft (Methan, Ozon) Luftverschmutzung Temperatur Lebewesen der eigenen Art Wasser (Niederschläge, Bodenwasser, Grundwasser, Schnee & Eis, Luftfeuchte) LEBEWESEN Lebewesen anderer Arten Wind (auch Stürme, Orkane u.a.) Boden Gefüge, Mineralsalze, Schichtarten & Schichtdicke, pH-Wert UMWELT = Gesamtheit der auf einen Organismus einwirkenden Umweltfaktoren (= Ökofaktoren, abiotische und biotische) Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Cyanobakterien 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 20 Einfluss von Umweltfaktoren auf Lebewesen 1. Ein abiotischer Faktor: Temperatur (3 Beispiele) Anzahl an Individuen kleine rote Waldameise Regenwurm 0 5 10 15 20 25 30 35 Temp. [°C] 40 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 21 2. Zwei abiotische Faktoren: Temperatur & Salzgehalt Mangrovenbäume haben sich an das Leben im Gezeitenbereich tropischer Küstenregionen angepasst und sind dort Bestandsbildend. Zu den besonderen Anpassungen der Mangrovenbäume an ihren Lebensraum gehören ausgeprägte Salztoleranz und die Fähigkeit zum Wurzeln in sauerstoffarmem und häufig instabilem Boden (dazu bilden sie besonders feste Wurzeln aus). Unter ungünstigen Umweltbedingungen (sehr kühlem Klima und starkem Salzgehalt) wachsen sie in „Zwergformen“. Ihr Holz wird in vielen Ländern genutzt. Sie dienen außerdem als ein natürlicher Puffer gegen starke Winde und Wellen (so auch gegen Tsunamis). Überlebensrate bei Einfluss von Temperatur und Salzgehalt Aufgrund dieser Schutzfunktion begann man in Vietnam, Thailand, Indien und auf den Philippinen in Küstennähe Mangroven wieder aufzuforsten. Trotz dieser Bemühungen sind aber bereits 50% der weltweiten Mangrovenwälder zerstört. (siehe auch http://de.wikipedia.org/wiki/Mangrove_%28Baum%29) 3. Zwei abiotische Faktoren: Säuregrad des Bodens und Temperatur Zur Information für alle nicht mehr Chemiker ;-) Boden mit einem pH-Wert von 7 ist neutral, mit Werten <7 ist er sauer, mit Werten >7 ist er alkalisch. Je weiter sich der pHWert vom Wert 7 entfernt, desto „unangenehmer“ wird es in der Regel für die Lebewesen. Bei Regenwürmern spielt nicht nur die Temperatur, wie im obrigen Beispiel bereits genannt eine Rolle, sondern auch der Säuregrad des Bodens (=pH-Wert). In Deutschland gibt es fast 40 verschiedene Regenwurmarten - wer hätte das vermutet *g*. Die meisten von Ihnen bevorzugen einen leicht sauren Boden. Zwischen pH 3,5 (z.B. Humusschichten auf Granitboden) und 7,5 (Humusschicht auf leicht kalkhaltigem Boden) sind sie zu finden. Allerdings findet in den Extrembereichen keine Vermehrung mehr statt. Unterhalb von pH. 3,5 (z.B. in Torf- oder Moorböden) kommen keine Regenwürmer mehr vor. Das Temperaturoptimum liegt, wie man oben in der Grafik erkennen kann, zwischen 10°C bis 15°C, Allerdings vertragen Regenwürmer auch noch Schwankungen um weitere 10°C in beide Richtungen. Aufgaben: 1. Erkläre (mit Hilfe selbst erstellter Schemata zu jedem (!) Beispiel), die allgemeine Abhängigkeit von Lebewesen zu den betreffenden Umweltfaktoren. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 22 Toleranzbereich bzgl. eines Umweltfaktors (= ökologische Potenz) Verteilen der Diagramme. In Gruppen sollen sie analysiert und ausgewertet werden. ⇒ Lebewesen, die z.B. in Bezug auf den Faktor Nahrungsmenge im Optimum leben, haben viele Nachkommen. Die Anzahl an Individuen steigt. Man spricht von einem „Präferenzbereich“, er bestimmt die ökologische Potenz Im Pessimum findet keine Vermehrung mehr statt. Toleranzkurve eines Organismus bzgl. eines Umweltfaktors ∆U Anzahl an Individuen Optimum ∆R1 ∆U Pessimum ∆R2 Einfluss des abiotischen Faktors Minimum Maximum ∆R = Reaktion des Organismus ∆U = Umweltschwankung Beachte: Geringfügige Änderungen eines Umweltfaktors (∆U) wirken sich im Optimum kaum aus, im Pessimum dagegen (sehr) stark. Vergleiche dazu die unterschiedliche Reaktion ∆R1 und ∆R2 in Bezug auf die Anzahl der Individuen. Lebewesen mit einem großen / weiten Toleranzbereich bzgl. eines Ökofaktors nennt man EURYÖK bezüglich dieses Faktors. Lebewesen mit engem Toleranzbereich nennt man STENÖK. Die Fähigkeit eines Lebewesens, Schwankungen von Umweltfaktoren (unter gleichzeitiger Einwirkung von Konkurrenz) innerhalb des Toleranzbereiches zu ertragen und sich fortzupflanzen (!) bezeichnet man als ökologische Potenz. Die ökologische Potenz bezogen auf verschiedene abiotische Faktoren ist von Art zu Art verschieden. Beachte: die Toleranzkurven haben nicht immer die Form einer Glockenkurve. Der Präferenzbereich ist innerhalb des Toleranzbereiches zu finden, aber nicht identisch. Er ist eher etwas kleiner. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren Beispiele: euyrtherm/ euryök bezüglich der Temperatur stenotherm / stenök bezüglich der Temperatur 23 z.B. Purpurseerose, Puma (Arktis-Tropen),Karpfen z.B. Forelle (max 15°C), Blauwal, Sardinen,Korallen (20°C) euryök bezüglich der Nahrung stenök bezüglich der Nahrung z.B. Allesfresser wie Ratten, Schweine, Krähe z.B. Koalabär (nur Eukalyptus), Panda (Bambus) Parasiten, Ameisenbär euryök bezüglich des Bodens z.B: Löwenzahn euryök bezüglich der Salztoleranz: stenök bezüglich der Salztoleranz: z.B. Purpurseerose, Lachs, Stör, Aal, Stichling z.B. fast alle Meerestiere, Hering, Robbe, Salinenkrebse ⇒ Wirkungsgesetz der Umweltfaktoren: Die Häufigkeit einer Art wird wesentlich von dem Faktor bestimmt, der am weitesten vom Optimum entfernt ist (= Minimumfaktor). Die Reaktionsnorm als genetischer Hintergrund der Toleranzkurven: Lebewesen sind an ihre Umwelt angepasst, doch gibt es Grenzen der Anpassung. Obwohl Lebewesen mit schwankenden abiotischen Faktoren zurechtkommen, sind große Schwankungen, z.B. der Temperatur, unter Umständen zuviel. Diese Reaktionsnorm ist genetisch festgelegt. Neben den schon bekannten Beispielen bei Tieren gibt es übrigens auch Beispiele bei Pflanzen. Viele Bäume bilden in ihren Kronen beispielsweise Lichtblätter aus, welche gut mit starker Sonnen- und UV-Strahlung klarkommen. In den unteren, dunkleren Bereichen bilden die Bäume dafür Schattenblätter aus, welche das restliche Licht durch einen hohen Chloroplasten Anteil gut ausnutzen. Der Mensch ist durch Bräunungsvorgänge der Haut an unterschiedliche Sonnenstrahlung angepasst. Liegt die Sonnenstrahlung außerhalb der Reaktionsnorm, verbrennt er und er wird unter Umständen krank. Die Breite der Reaktionsnorm und somit auch die breite der Toleranzkurven ist genetisch für jede Art festgelegt. Die Breite der Reaktion eines Organismus in der er auf Umweltänderungen reagiert, nennt man auch ökologische Potenz. Aufgaben: 1. Woher weiß z.B. ein Käfer, welche Temperatur für ihn optimal ist? (⇒ angeborene Reaktionsnorm) Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/ökologische_Potenz http://de.wikipedia.org/wiki/Toleranz_(Ökologie) http://de.wikipedia.org/wiki/Pessimum http://de.wikipedia.org/wiki/Physiologische_Potenz 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 24 Besondere Beispiele für Anpassungen an extreme abiotische Faktoren ● Purpurseerose: Vorkommen an weltweit fast allen Küsten. Hat einen sehr weiten Toleranzbereich bezüglich aller klimatischen Faktoren ⇒ euryök. ● Schneealge: Sind die Temperaturen unter 0°C kann diese Alge wachsen. Da sie eine rote Farbe hat, färbt sie den Schnee entsprechend ⇒ stenök. Quelle Bild: Creative Commons Namensnennung 2.0 Lizenz by Iwona Erskine-Kellie - Thank you; http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Snow_Algae_Textures.jpg; http://de.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 25 Physiologische und ökologische Potenz Betrachte einmal die Grafik. Sie zeigt das Vorkommen von verschiedenen Bäumen in Mitteleuropa in Abhängigkeit vom Boden-pH-Wert und der Bodenfeuchtigkeit: Bodenfeuchte Trockengrenze sehr trocken (Kiefer) viele Sträucher trocken (Kiefer) Linde Rotbuche Eiche frisch Ahorn Ulme feucht (Kiefer) Birke Esche nass Erle (für Wald zu nass) stark sauer Grafik: nach Ellenberg, 1978 sauer neutral alkalisch pH-Wert Die Kiefer ist hier in Klammer geschrieben, weil sie nicht als dominierende Pflanze in den betreffenden Gebieten vorkommt. Welche Gründe kann es geben? ⇒ Die Kiefer hat eine große Toleranz gegenüber beiden Faktoren. Sie ist euryök in Bezug auf diese beiden Faktoren. Man sagt, sie hat eine breite physiologische Potenz. Die physiologische Potenz beschreibt also ausschließlich die Reaktion auf abiotische Faktoren. In jedem Gebiet in dem die Kiefer theoretisch vorkommen könnte, wird sie von anderen Bäumen verdrängt. Wenn die physiologische Potenz einer Art durch Konkurrenz eingeschränkt wird, spricht man von ökologischer Potenz. Die ökologische Potenz beschreibt also die Reaktion der biotischen auf abiotische Faktoren (z.B. Konkurrenz durch andere Arten). 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 26 Physiologische und ökologische Potenz einiger Baumarten , Quelle Bild: public domain by Wikipediauser Brummfuss; http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Verschiebung_Potenz_.png - Danke Aufgaben: 1. Erläutere die physiologische und ökologische Potenz der Stieleiche. = ökologische Potenz = physiologische Potenz Quelle Bild: public domain by Wikipediauser Brummfuss; http://de.wikipedia.org/wiki/Datei:Potenz-Existenz.png - Danke 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 27 Abiotische Umweltfaktoren: Wasser Der Körper des Menschen enthält ca. 2/3 Wasser, bei Pflanzen sind es teilweise bis zu 98% Wasser! a) Bei Pflanzen: Pflanzen regeln ihren Wasserhaushalt durch osmotische Effekte. In den Wurzelzellen nimmt von außen nach innen die Salzkonzentration pro Zellschicht leicht zu, so dass Wasser aus dem Boden in die erste Zellschicht und von dort in die Zweite (usw.) diffundiert. Im inneren der Wurzeln befinden sich die Leitbündel, von denen das Xylem das Wasser nach oben transportiert. Dies geschieht durch den sogenannten Transpirationssog. Er entsteht durch das Verdunsten von Wasser in den Blättern. Vergleichbar einem Schlauch mit dem ein Aquarium durch einmaliges Ansaugen geleert wird, wird so ständig neues Wasser nach oben gesogen. Dieser so ist so stark, dass er eine ca. 112m hohe (und sehr dünne) Wassersäule nach oben saugen kann. Das ist dann auch die maximale Höhe, die Pflanzen erreichen können. Besondere Anpassungen Wechselfeuchte Pflanzen Verfügen über keine Mechanismen zur Regulation von Wasseraufnahme bzw. abgabe. In Dürreperioden sind sie austrocknungstolerant. Anpassungen sind z.B. Kutikula, Spaltöffnungen, Blätter→Stacheln (Kaktus) Einer Zentralvakuole fehlt ⇒ Bei Dürre schrumpfen und welken sie nicht! Eigenfeuchte Pflanzen Sind stark abhängig vom Wasservorkommen am Standort. Verfügen über Wurzeln und Wasserspeichergewebe Bsp: Sukkulenten, Hydrophyten, Mesophyten, Xerophyten Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Wechselfeuchte_Pflanze http://de.wikipedia.org/wiki/Eigenfeuchte_Pflanzen 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 28 b) Bei Tieren: Besondere Anpassungen an das Wasser findet man bei: - Wüstentieren Wasserspeicherung Fettspeicher Nachtaktivität Mit Oxidationswasser (Zellatmung) auskommen - Wassertieren 2 Typen hypoosmotisch zur Umwelt (leben im Salzwasser) hyperosmotisch zur Umwelt (leben im Süßwasser) Fische scheiden überschüssige Salzionen über Kiemen / Darm aus H2O strömt ins Tier ⇒ Gefahr zu platzen ⇒ z.B. pulsierende Vakuole Verfügen über Anpassungen zur Regulation von Wasseraufnahme bzw. –abgabe. analog Zusatzinformationen zum Wassermangel: Menschen benötigen täglich Wasser! Der Tod durch Verdursten des Menschen tritt umso schneller ein, je höher die Temperatur ist. Bei 20°C beträgt die Überlebenszeit mehr als 10 Tage, bei 40°C weniger als 48 Stunden. ⇒ Abiotische Faktoren können sich in ihrer Wirkung gegenseitig beeinflussen. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 29 Abiotische Umweltfaktoren: Licht Einfluss auf Pflanzen: 1. Photosyntheseleistung ist lichtabhängig (Vergleich Frühblüher - Sommerblüher/ Waldboden Feld) 2. Blühvorgang wird nur bei passender Lichtmenge ausgelöst (Langtagpflanzen, Kurztagpflanzen) 3. Keimungsvorgang (Dunkelkeimer, Lichtkeimer) wird durch Licht gefördert 4. Pflanzen haben Sonnen- und Schattenblätter 5. Keimung und Ausbildung von Blättern bei Kartoffelknollen und Zwiebeln durch Licht 6. Chloroplastenbildung (z.B. bei Kartoffeln und Spargel) 7. Streckungswachstum zum Licht 8. Schattenpflanzen leben mit < 5% Licht Halbschattenpflanzen leben mit ca. 10% Licht Lichtpflanzen verfügen oft > 50% Licht ⇒ Licht beeinflusst entscheidend Wachstum und Entwicklung Einfluss auf Tiere: 1. Gesang der Vögel im Frühjahr am Morgen 2. Nahrungssuche im Dunkeln sowie Tag- und Nachtjäger (z.B. bei der Eule, Fledermaus/ im Hellen beim Sperber) 3. Tageslänge löst Brutzeiten, Vogelzug und Winterschlaf aus (=jahresperiodischer Wechsel der Tageszeit) 4. Schwärmen von Stechmücken3 5. Stimmungen bei Menschen 6. Tarnung 7. Pigmentbildung (z.B. Bräunen der Haut beim Menschen durch den lichtinduzierten Farbstoff Melanin) Zusatzinformationen: http://www.payer.de/cifor/cif02081.htm 3 Abends, wenn ein bestimmter Dämmerungszustand erreicht ist 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 30 Wirkung der Tageslänge auf zwei verschiedene Pflanzen Hirse ist eine Kurztagpflanze. Bekommt sie zu lange Licht, wächst sie zu stark und knickt oft ab. Blüten werden kaum gebildet. Die Tabakpflanze ist eine Langtagpflanze. Bei zu kurzer Lichtdauer bildet sie keine Blüten. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 31 Wie verhalten sich Kurz- und Langtagpflanzen im Versuch? 1. Erkläre die Grafik und ziehe Schlüsse 2. Beschreibe die Wirkung von Störlicht. Wie ist die Wirkung von Störlicht zu erklären? Vergleich Kurztagpflanze/ Langtagpflanze Kurztagpflanze Langtagpflanze Benötigen zur Blütenbildung kurze Tage (Tageslänge < 12 Stunden). Bei längeren Tagen blühen sie nicht. Benötigen zur Blütenbildung lange Tage (Tageslänge > 12 Stunden ununterbrochen Licht) ⇒ Sie wachsen im Sommer nur vegetativ und bilden Blüten oft erst im Herbst oder Winter. ⇒ Sie blühen nur im Sommer z.B. Sojabohne, Reis, Hirse, Mais, Kaffee, Erdbeeren, Weihnachtssterne, Chrysanthemen, Baumwolle z. B. Weizen, Gerste, Roggen, Bilsenkraut, Tabak, Spinat 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 32 Lichtverhältnisse und Bodenbewuchs am Waldboden Anfang März Anfang Mai Anfang Juli Anfang Oktober Aufgaben: 1. Alle Fotos wurden ganz in der Nähe voneinander aufgenommen. Kannst Du die Unterschiede erklären? 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 33 Abiotische Umweltfaktoren: Temperatur bei PFLANZEN hat die Temperatur allgemeinen Einfluss auf das Wachstum und die Entwicklung der Größe, der Blüte und der Früchte. Pflanzen in verschiedene Klimazonen der Erde oder unterschiedlichen Vegetationsstufen im Gebirge sind deshalb gut zuzuordnen und als solche gut erkennbar. Sie sind jeweils an ihren Biotop angepasst. bei TIEREN: finde die Unterscheidung zwischen wechselwarmen und gleichwarmen Tieren statt. Bei Tieren und Pflanzen liegt in den Tropen durch die insgesamt höherer Temperatur und die geringen Temperaturschwankungen insgesamt eine größere Artenzahl vor. Auch sind die Tiere in den Tropen oft vergleichsweise größer. So sind die tropischen Regenwälder die artenreichsten Ökosysteme des Planeten. Gleichwarm - Wechselwarm Wechselwarme Tiere (=poikilotherm) Wirbellose, Fische, Amphibien, und die meisten Reptilien (bei den Dinosauriern ist es ungewiss!) sind wechselwarm. Die Körpertemperatur dieser Tiere ist von Umgebung abhängig und somit sind alle körperlichen Vorgänge wie Stoffwechsel, Bewegung usw. sind ebenfalls davon abhängig und z.B. bei Kälte stark verlangsamt. Die RGT-Regel ist bei ihnen von allergrößter Bedeutung und bestimmt das Leben und den Stoffwechsel. Hohe Stoffwechselaktivität ist also nur bei höheren Außentemperaturen möglich. bei geringen Temperaturen und langsamen Stoffwechsel muss sparsam mit Ressourcen umgegangen werden. So bewegen sich diese Tiere auch langsamer, wenn es kälter ist. Einige wechselwarme Tiere, wie Kröten, haben als Schutz vor dem Einfrieren bei starkem Frost selbst produziertes „Frostschutzmittel“ im Blut. Gleichwarme Tiere (=homoiotherm) Vögel und Säugetiere hingegen sind gleichwarm. Sie haben eine konstante Körpertemperatur (36 41°C) und sind somit weitgehend unabhängig von Außentemperatur. Ein Teil der durch die Nahrung aufgenommenen Energie, wird zu Produktion der Körperwärme (v.a. durch Stoffwechselprozesse und Bewegung) genutzt. Sie benötigen demzufolge mehr Nahrung, sind aber weniger von der Temperatur abhängig. Gegen Überhitzung benötigen sie zusätzlich Mechanismen zur Temperaturregelung (Schwitzen bei Menschen, Hecheln bei Hunden, Aufsuchen von Höhlen, Eingraben, SommerfellWinterfell usw. ) Auch gegen Unterkühlung sind sie geschützt: Änderung der Durchblutung von den Extremitäten in den Rumpf und Kopf, Kältezittern der Muskeln produziert Wärme, Vogelzug und Winterflucht, Winterfell, Isolation durch Fell, Federn, Unterhautfettgewebe) Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Wechselwarmes_Tier http://de.wikipedia.org/wiki/Gleichwarm http://de.wikipedia.org/wiki/RGT-Regel 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 34 Für den Einfluss der Temperatur auf Lebewesen gelten folgende drei Regeln: 1) RGT-Regel: Die Reaktionsgeschwindigkeit-Temperatur-Regel ist eine in der Biochemie, Biologie, Physiologie und Chemie gültige Verallgemeinerung. Eine Erhöhung der Temperatur um 10°C verdoppelt bisvervierfacht die Reaktionsgeschwindigkeit4 Da Stoffwechselvorgänge im Körper durch chemische Reaktionen ablaufen, kann man so die geringe Aktivität von wechselwarmen Tieren wie Reptilien oder Amphibien bei niedrigen Temperaturen erklären. Bei hohen Temperaturen bewegen sich die selben Tiere hingegen oft pfeilschnell, da chemische Vorgänge wie Verdauung, Zellatmung sowie Denkleistungen schneller ablaufen. Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/RGT-Regel 2) Bergmannsche Regel (Größenregel): Der Göttinger Carl Bergmann stellte 1847 folgende Regel auf: Bergmann’sche Regel: Vertreter einer systemastischen Tiergruppe (gleichwarmer Tiere - also Vögel und Säugetiere) sind in kalten Regionen größer als in warmen, da das Verhältnis Körpervolumen : Körperoberfläche bei kleinen Tieren ungünstiger ist. Je größer das gleichwarme Tier, umso kleiner ist sein Verhältnis von Oberfläche zu Volumen und umso geringer ist folglich der Wärmeverlust, da bei zunehmender Größe die Oberfläche quadratisch (mit „x²“), das Volumen dagegen kubisch (mit „x³“) zunimmt. (Oberfläche steigt nur in der 2. Potenz / Volumen in der 3. Potenz) Aus diesem Grund kommen in kälteren Regionen keine ganz kleinen Säugetiere vor. Grund ist das Verhältnis von Körpervolumen zur Körperoberfläche. Es ist bei kleinen Tieren bei Kälte ungünstiger, da sie Oberfläche nur in der 2. Potenz steigt, das Volumen aber in der 3. Potenz Bei steigendem Körpervolumen (Produktionsstätte der Körperwärme) verringert sich relativ gesehen die Körperoberfläche (Ort der Wärmeabstrahlung) gemessen am Quotienten O/V Ein schönes Beispiel für die Richtigkeit dieser Regel, ist das Vorkommen und Größe verschiedener Pinguinarten. Modellexperiment zur Bergmannschen Regel: Eine (für das Modell kugelförmiger) kleiner und ein großer Pinguin werden verglichen V = 4/3π r3 O 2π r2 ~r Wie man sieht, ist der Radius die entscheidende Variable für das Verhältnis von Oberfläche zu Volumen! Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Bergmannsche_Regel 4 Achtung: ⇒ eine Erhöhung um 20°C vervierfacht die Reaktionsgeschwindigkeit (2 · 2 = 4), eine Erhöhung um 30°C verachtfacht diese (2·2·2 = 8) 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 35 3) Die Allensche Regel Joel Asaph Allen (1838-1921) stellte die Regel auf, dass bei gleichwarmen Tieren einer Art und Arten eines Verwandtschaftskreises die relative Länge der Körperanhänge (z.B. Extremitäten, Schwänze, Ohren, Flügel usw.) in kälteren Regionen geringer als in wärmeren Gebieten ist. Dies ist leicht verständlich, wenn man sich überlegt, dass große und flächige Extremitäten einen größeren Wärmeverlust bedeuten. Als Beispiel für diese Regel, kann man die Ohrlängen der einzelnen Fuchsarten betrachten. Allen’sche Regel: Die Körperanhänge vergleichbarer Tierarten sind in kälteren Regionen kleiner. Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Allensche_Regel http://de.wikipedia.org/wiki/Glogersche Regel http://de.wikipedia.org/wiki/Hessesche Regel http://de.wikipedia.org/wiki/Rensch'sche Regel http://de.wikipedia.org/wiki/Ökogeografische Regeln 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 36 Einfluss der abiotischen Faktoren auf Lebewesen Temperatur ● Zugvögel, Zug des Admirals (Schmetterling) ● Überwinterungsstrategien ● Gleichwarm/ Wechselwarm ● Laubabwurf/ Blühperiode ● Geschlechtsbeeinflussung bei Reptilien ● Schwimmverhalten bei Fischen ● Keimungsverhalten bei Samenpflanzen ● Bergmann’sche + Allen’sche Regel ● Felldicke, (Winter- und Sommertracht) ● RGT-Regel Licht ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● Tag- & Nachtrhythmus viele Blüten schließen sich Nachts; Ranken von Pflanzen Blühperioden, Keimen von Samen Singvögel beginnen Anfang Februar zu singen Orientierung (z.B. bei Bienen) an der Sonne und der Polarisierung des Lichts Steuerung + Regelung des Säugetierhormonhaushalts (Stimmung) ⇒ z.B. bei Menschen emotionale Beeinflussung des Lichts bzw. dessen Abwesenheit. Jagdverhalten (Eule)/ Tag- & Nachtaktivität Paarungsverhalten (Glühwürmchen) Sonnen- & Schattenblätter „Grünwerden“ nicht grüner Pflanzenteile (z.B. Kartoffel, Möhren usw.) (Winterschlaf) Lang- & Kurztagspflanzen bei Menschen Pigmentbildung der Haut (Bräunen) Farbsehen durch Zapfen ist bei Dunkelheit nicht möglich, Stäbchensehen durchaus! Atemgase ● O2 - 18% ⇒ Zonierung in Höhenlagen ⇒ maximale Insektengröße ● CO2 ~ 0,2% - 0,3% ⇒ oft Mangelfaktor bei Pflanzen Wasser ● Lebensraum ● Schwimmpflanzen (Auftrieb) ● Trockenlufttiere (Hauptregulierung) ● Feuchtlufttiere (Amphibien/ Schnecken usw.) ● Wasserspeicherstrategien ● Moose + Epiphyten nehmen Wasser über die Blätter auf ● Verbreitung der Samen ● Anpassung an Trockenheit (und Gezeiten) 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 37 Pinguine Adeliepinguine5 Königspinguine Kaiserpinguine Die Pinguine gehören zur Gruppe der flugunfähigen Vögel. Sie sind in den Meeren und den Küsten der Südhalbkugel der Erde zu finden. Hauptsächlich in der Antarktis, in Neuseeland, Südaustralien, Südafrika, sowie allen Inseln in diesem Gebiet, bis hinauf nach Peru sowie auf den fast am Äquator liegenden Galápagos-Inseln findet man sie. Weiter nördlich kommen sie nicht. Sie werden also nicht von Eisbären gefress, wie man hin und wieder hört, da diese nur auf der Nordhalbkugel vorkommen. Es existieren 17 verschiedene Arten, die an die verschiedenen Klimazonen gut angepasst sind. Ihr Temperaturoptimum liegt erwartungsgemäß nicht besonders hoch, so dass Kaltwasserströmungen helfen, dass sie auch noch in tropischen Gebieten vorkommen können (z.B. an der Westküste Südamerikas durch den Humboldt-Strom bzw. Südafrika durch den Agulhas-Strom). Als grobe Regel gilt, dass sie zwischen dem 45. und dem 60. Breitengrad südlicher Breite zu finden sind. Pinguine wirken an Land teilweise schwerfällig und träge. Schnelle Bewegungen würden v.a. in der Eiseskälte der kalten Jahreszeit zuviel Energie verbrauchen. Da sie aber nur wenig leichter als das von ihnen verdrängte Wasser sind, erfahren sie wenig Auftrieb und können so unter Wasser sehr gut tauchen uns schnell schwimmen. Ihre Schwimmbewegungen ähneln dabei stark dem Vogelflug! Königspinguin Die 17 Pinguinarten unterscheiden sich stark in ihrer Federkleidmusterung, der Größe und dem Gewicht. Die letzten beiden Unterschiede können gut durch die Bergmann’sche Regel erklärt werden. 5 Quelle Bilder: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Adeliepinguine-Landgang.jpg (public domain) Thanks to Dr. Levick http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Koenigspinguine.jpg (public domain) Thanks to Lt. Com. Philip Hill http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Kaiserpinguine_mit_Jungen.jpg (public domain) Thanks to Giuseppe Zibordi 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 38 Wärme-Kälte Oberhalb von 15°C fühlen sich die meisten Pinguinarten sehr unwohl. Ihr Temperaturoptimum liegt deutlich darunter. Unterhalb von -30°C können einige Arten noch die Kälte überleben, was eine erstaunliche Anpassung darstellt. Sie besitzen dazu eine mehrere Zentimeter dicke, isolierende Fettschicht, welche von drei (!) Federschichten bedeckt ist. In jeder Federschicht wirkt Luft, als schlechtester Wärmeleiter zusätzlich isolierend. Außerdem verfügen sie über ein Wärmetauschersystem in Flossen und Beinen, welches nach dem Gegenstromprinzip (ähnlich wie bei Energiesparhäusern) arbeitet. Blut, welches in die Gliedmaßen fließt, gibt seine Wärme an das in den Rumpf zurückfließende Blut ab, welches dadurch wieder aufgewärmt wird. In den tropischen Gebieten hingegen müssen sich die Pinguine vor Überhitzung schützen. Überschüssige Wärme wird über große Extremitäten, wie den Flossen nach außen abgegeben. 1,5m 1,0m Abbildung: Bergmannsche Regel die Abnahme der Körpergröße bei Pinguinen von Antarktis zu den Tropen hin 0,5m 0m Kaiserpinguin Königspinguin Humboldpinguin Magellanpinguin Galapagospinguin Körpergröße [m] Masse [kg] Federlänge [cm] Vorkommen (südliche Breitengrade) Galápagos-Pinguin 0,5 2,2 2,1 Äquator Humboldt-Pinguin 0,65 4,5 2,1 5 bis 35 Magellan-Pinguin 0,7 4,9 2,4 34 bis 56 Königspinguin 0,95 15 2,9 50 bis 60 Kaiserpinguin 1,20 40 4,2 65 bis 77 Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Pinguine 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 39 Füchse - angepasst an das Klima a) Der Rotfuchs Man unterschiedet mehrere Fuchsarten, welche im biologischen Sinne zu den Hunden gerechnet werden (Canidae). Man unterschiedet dabei folgende Gattungen und Arten: Vulpes (Rotfuchs, Fennek uvm.), den Polarfuchs, Graufüchse (Urocyon) und Löffelhunde (Otocyon megalotis). In Mitteleuropa ist der einzige vorkommende Fuchs der Rotfuchs. Er wird bis zu 75 cm lang und hat einen bis zu 45cm langen Schweif. Sein Körpergewicht liegt bei ca. 6-10kg. Sein markantestes Merkmal ist sein oben rotes und unten weiß gefärbtes Fell. Der Rotfuchs6 ist ein Nahrungsopportunist, er frisst, was er findet, bevorzugt aber kleine Tiere, wie Nagetiere (aber er nimmt auch Vögel, Insekten, Fische, Hasen sowie Aas und Pflanzenprodukte zu sich). Auch auf andere abiotische Faktoren hin ist er eher anspruchslos. Man findet ihn deshalb in vielen Klimazonen und Vegetationszonen Europas (Wälder, Grasland, Äcker und manchmal auch in Dörfern und Vorstädten). Der Rotfuchs jagt als Einzelgänger und tötet, ganz wie die uns bekannten Hunde durch einen Biss 6 Quelle Bilder: public domain: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Vulpes_vulpes_sitting.jpg public domain: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Vulpes_vulpes_standing_in_snow.jpg public domain: http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Red_fox_distibution.png public domain: http://commons.wikimedia.org/wiki/Image:Vulpes_vulpes_face.jpg 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 40 b) Der Polarfuchs Der Polarfuchses lebt weiter nördlich als der Rotfuchs. Er ist in den Tundren nördlich des Polarkreises zu finden (Skandinavien, Island, Spitzbergen, Sibirien, Kanada, Alaska und Grönland usw.). Er ist ca. 60cm lang und hat einen 35cm langen Schweif. Seine Schultergröße beträgt ca. 30cm, er wiegt ca. 5kg. Auffällig ist, dass er in zwei Farbvarianten vorkommt: Das Sommerfell ist bei beiden Farbvarianten ähnlich, aber im Winterfell gibt es eine weiße Variante (Weißfuchs) eine hellgraue mit leicht blauem Schimmer (Blaufuchs). Bei Kreuzungen setzt sich die blaue Variante in der Regel durch (dominantes Allel). In Polargegenden ist dennoch durch Selektion die weiße Variante häufiger zu finden. Logisch eigentlich ;-) Das Winterfell besteht zu ca. 70% aus Unterwolle besteht, welche besonders viel Luft festhalten kann. Da Luft ein sehr schlechter Wärmeleiter ist, ist dies ein besonders guter Schutz vor den extremen Temperaturen der Polarnächte (bis zu -80°C). Extreme äußere Bedingungen verlangen dem Polarfuchs viel ab. So ist es besonders schwierig die langen Winter zu überleben. In dieser Zeit frisst er eigentlich alles, was er finden kann. Er ist ein klassischer Nahrungsopportunist. Im Sommer ist er etwas wählerischer. Dann jagt er vor allem Mäuse, Vögel und deren Nester und Lemminge. IM Winter ernährt er sich v.a. von Beeren, Insekten, Aas und in Extremfällen Kot anderer Tiere. Ist der Boden nicht zugefroren, leben sie unterirdisch in lehmigen Fuchsbauten oder bei Frost in Felsspalten und Löchern. Polarfuchs: weiße Variante7 „Blaufuchs“ 7 Quelle Bilder Polarfuchs: Alle public domain - thanks to US Fish & Wildlife Service http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Alopex_lagopus_stretching.jpg; http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Alopex_lagopus_coiled_up_in_snow.jpg http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Alopex_lagopus_cub_in_grass.jpg; Quelle : Karte Verbreitungsgebiet Polarfuchs: public domain: http://de.wikipedia.org/wiki/Bild:Distribution_arctic_fox.jpg 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 41 c) Der Fennek Der Fennek ist ein Wüstenfuchs und als solcher gut an die extremen Bedingungen der nördlichen Wüsten Afrikas und Saudi-Arabiens angepasst8. Seine Größe beträgt ca. 40 cm , der Schwanz ist ca. 25 cm lang. Auffällig sind seine 15cm langen Ohren. Er ist für seine Größe sehr leicht und wiegt nur ca. 1,5 kg. Sein cremegelbes Fell tarnt ihn gut im Sand. Bei Gefahr gräbt er sich im Sand ein. Als Schutz vor der Hitze jagt er nur Nachts und lebt tagsüber mit anderen Fenneks in einem unterirdischen Fuchsbau. Seine Nahrung besteht aus Mäusen, Echsen und Insekten wie Heuschrecken. Aufgrund der Dürre findet er kaum Pflanzen oder Beeren. Seinen Wasserbedarf stillt er soweit möglich aus der Nahrung. Er kann tagelang überleben, ohne ein Wasserloch zu finden. Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Fennek 8 Quelle Karte Verbreitungsgebiet Fennek: public domain: http://es.wikipedia.org/wiki/Imagen:Fennek_map.jpg 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 42 Vergleich der Ohrengrößen bei Füchsen - ein Beispiel für die Allen'sche Regel Polarfuchs Rotfuchs Fennek Quelle Bilder: Zeichnungen von Anna Farnung, Fulda Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Rotfuchs http://de.wikipedia.org/wiki/Polarfuchs http://de.wikipedia.org/wiki/Fennek 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 43 Winterschlaf und Winterruhe Das bekannteste Beispiel für den Winterschlaf, ist der schlafähnliche Zustand, in dem z.B. Bären den Winter überdauern. Ironischerweise ist dies biologisch gesehen gar kein Winterschlaf! Der Braunbär verfällt in Winterruhe! Herzschlagänderung Atemfrequenzänderung Murmeltier von 80 auf 5 pro Minute von 30 auf 0,2 pro Minute Igel von 320 auf 21 pro Minute von 50 auf 1 pro Minute Ziesel von 380 auf 5 pro Minute von ca. 200 auf 4 pro Minute a) Winterschlaf Einige gleichwarme Tiere können unter Herabsetzung ihrer Körpertemperatur und Atemfrequenz ihren Grundumsatz an Energie dermaßen herabsetzten, dass ihr im Sommer angefressener Speck ausreicht, die kalte (und v.a. nahrungsarme) Jahreszeit zu überdauern. Dazu haben viele Winterschläfer besondere zusätzliche Fettpolsterstellen, z.B. zwischen den Schultern und im Nackenbereich. Der Winterschlaf ist nicht bei jedem Tier gleich. Fledermäuse halten z.B. einen unterbrochenen Winterschlaf, wohingegen Siebenschläfer, Haselmaus, Igel, Hamster, Murmeltier oder das Ziesel ihren Winterschlaf kurz unterbrechen können. Alle Winterschläfer benötigen einen Ort, wo sie ungestört den Winter schlafend verbringen können. Je nach Größe des Tiers eignen sich dazu Orte, in denen sie vor der Winterkälte geschützt sind, wie z.B. hohle Baumstämme, Erdhöhlen und -Bauten, Steinhöhlen im Gebirge usw. Diese Plätze werden weiter isoliert und auch mit Gras, Blättern, Haaren, Wolle und anderen Materialien ausgefüttert. Viele winterschlafende Arten verbringen dann die kalte Jahreszeit gemeinsam in einem solchen Unterschlupf. Sie schlafen meist gemeinsam und mit abgekugeltem Körper. Die Körpertemperatur wird dabei auf Werte (je nach Art) zwischen 1°C bis 10°C herabgesetzt. Herzschlag, Blutzirkulation und Atmung sind extrem verlangsamt, äußere Reize werden kaum wahrgenommen. Dies ist der energiesparendste Zustand. Der Auslöser für Winterschlaf ist v.a. die sinkende Außentemperatur, welche für die Freisetzung bestimmter Hormone im Körper verantwortlich ist. Auch Nahrungsmangel kann diese Hormone freisetzten. Vermutlich sind aber auch die kürzeren Tageslängen im Herbst an diesem Vorgang beteiligt. Dann sinkt die normale Körpertemperatur meist auf Werte zwischen 9 und 1 Grad Celsius ab. Alle Körperfunktionen sind in diesem Zustand stark vermindert. Die Atmung ist schwach, der Herzschlag verlangsamt, und die Empfindlichkeit gegenüber äußeren Reizen gering. Murmeltiere senken ihre Temperatur beispielsweise von 39°C auf 7°Cab und ihr Herz verlangsamt sich von 100 auf 2-3 Schläge pro Minute. Der Atem kann dabei minutenlang stillstehen. Die Dauer des Winterschlafs ist artspezifisch und auch etwas von der Region abhängig. Hamster schlafen z.B. 2 - 3,5 Monate lang, Igel 3 - 4 Monate. Siebenschläfer sogar bis zu 7 Monate (daher auch ihr Name!). Generell wachen sie auf, wenn die Außentemperaturen steigen und ein bestimmtes Minimum übersteigt, Der Prozess des Aufwachens dauert viele Stunden dauert. Dabei wird er Körper v.a. durch Muskelzittern wieder auf seine Normaltemperatur gebracht. b) Die Winterruhe Braunbären halten in ihren Höhlen Winterruhe. Diese ist ebenfalls ein Zustand zum Überdauern der kalten Jahreszeit, allerdings sinkt die Körpertemperatur der Bären nur geringfügig. Deshalb können diese Tiere auch leichter zwischendurch mal aufwachen und sich evtl. Nahrung suchen. Außerdem bewegen sie sich im Schlaf und können sich z.B. auch die Position wechseln. Dies gilt neben dem Braunbär auch für Dachse, Eichhörnchen und Waschbären. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 44 Gleichwarm und Wechselwarm Bei Tieren unterschiedet man zwischen solche, die ihre Körpertemperatur unter Energieverbrauch konstant halten (homoiotherme (auch: homöotherme) Tiere) und solchen, welche die gleiche Temperatur wie ihre Umgebung haben (poikilotherme Tiere). Betrachtet man den Stammbaum der Wirbeltiere, so ist diese „Erfindung“ ca. vor 250 000 Jahren aufgetaucht9. Sie stellte einen wesentlichen Schritt bei der Eroberung der wärmeren Gebiete für die Wirbeltiere dar. Alle folgenden Arten (bis auf Schildkröten und Krokodile, welche diese Mutation wohl wieder verloren haben) sind dadurch bestens an kältere Klimazonen angepasst. Fische Amphibien (=Lurche) Echsen Krokodile & Schildkröten Vögel Säugetiere Zeit (Saurier †) - heute - 65 Mio Ende Kreide homoiothermi (nicht Schildkröten und Krokodile) - 200 Mio Jura - 370 Mio Karbon - 390 Mio Karbon - 450 Mio Devon Urwirbeltier (hypothetischer Vorfahr) 9 - 500 Mio Für weitere Informationen zum hochinteressanten Stammbaum der Wirbeltiere und all seinen Erfindungen siehe Kapitel „Wirbeltiere“ 23.05.2011 Silur Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 45 Merkmale gleichwarmer Tiere (homoiotherm) Gleichwarmer Tiere haben eine konstante Körpertemperatur meist von 36 - 41°C, welche weitgehend unabhängig von der Außentemperatur ist. ⇒ hohe Wärmeproduktion / hoher Nahrungsbedarf um die Temperatur aufrecht zu erhalten. ⇒ Mechanismen zur Temperaturregelung sind erforderlich Mögliche Maßnahmen10 gegen Überhitzen des Körpers (z.B: bei starker Bewegung): ● Verdunsten von Flüssigkeit - Schwitzen (Menschen) - Hecheln (z.B. bei Hunden, Wölfen) ● Spezielle Verhaltensweisen - Aufsuchen von Höhlen - Eingraben (viele Wüstentiere) - Aufscharren des Laubs und legen auf den nackten Boden (z.B. Rehe) - öffnen von „thermischen Fenstern“ (z.B. Hunde legen sich an warmen Tagen mit gestreckten Beinen zur Seite, bei Kälte rollen sie sich zusammen und machen die Fenster zu) ● Körperkern und Körperschale (unterschiedliche Temperaturbereiche/ -zonen des Körpers) ● Ändern der Durchblutung ● Wundernetz für kühlen Kopf (bei Hunden, Katzen, Paarhufern) ● Sommertracht, mit weniger Fell und Haaren Maßnahmen gegen Unterkühlen: ● Änderung der Durchblutung ● Kältezittern ● Wanderungen, Vogelzug ● Haarwechsel (Wintertracht mit dichterem Fell/ Federn) ● Braunes Fettgewebe ● Isolation (Fell / Federn / Unterhautfettgewebe / Verteilung von Fettgewebe) 10 Von Tierart zu Tierart verschieden 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 46 a) Wechselwarme Tiere Poikilotherme Tiere haben keine konstante Körpertemperatur. Anzahlmäßig sind die meisten Tiere wechselwarm (Alle Wirbellosen, Fische, Amphibien, Reptilien). Ihre Körpertemperatur wird durch die Umgebungstemperatur bestimmt. Einfluss der RGT-Regel: Da chemische Reaktionen sich bei einer Erhöhung der Temperatur in ihrer Reaktionsgeschwindigkeit verzwei- bis vervierfachen, und enzymatische Vorgänge in Tieren dieser unterliegen, ist es nur zu verständlich, dass sich wechselwarme Tiere bei Kälte einen geringeren Stoffwechsel haben und sich auch weniger schnell bewegen, als bei Wärme. So suchen manche wechselwarme Tiere bewusst warme Plätze (Steine und Mauern in der Sonne) auf, um ihre Körpertemperatur zu erhöhen. Auch einige Schlangenarten bilden bei Kälte ein Knäul um sich vor Kälte zu schützen. Staatenbildende Insekten (Ameisen, Bienen, Wespen, Hornissen, Termiten usw.) haben oft eine konstante Temperatur in ihren Bauten, welche bei Kälte durch Muskelzittern aufrechterhalten wird und bei Hitze durch Durchlüftung oder bei Bienen durch Flügelschlag herabgesenkt wird. Allgemeiner Vergleich zweier Lebewesen: 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 47 b) Gleichwarme Tiere Gleichwarme Tiere (homoiotherm), wie z.B. Vögel und Säugetiere können ihre Körpertemperatur selbst regulieren. Sie sind somit nicht so stark von der Außentemperatur abhängig. Gleichwarme Tiere sind bei jeder Temperatur schnell. Die Körpertemperatur wird dabei durch die Zellatmung erzeugt. Ein Teil der Energie des veratmeten Zuckers, wird direkt als Körperwärme freigesetzt. Bei Bewegungen wird zusätzlich Wärme durch starke Zellatmung in Muskelzellen frei. So ist es verständlich, dass Säugetieren beim Sport warm wird ;-) Dafür „zahlen“ gleichwarme Tiere einen Preis: Sie benötigen wesentlich mehr Nahrungsenergie (vor allem in kalten Regionen) als wechselwarme Tiere. Diese Nahrungsenergie wird zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur verwendet. Durch hormonelle Steuerung (v.a. durch Schilddrüsenhormone) wird die Körpertemperatur geregelt. Bei vielen Säugetieren liegt sie im Bereich des Optimums vieler Enzyme, d.h. bei 35-40°C (Mensch 36,5-37°C) Ist es zu warm, benötigen gleichwarme Tiere Abkühlungsmechanismen: - Menschen schwitzen - Hunde hecheln die Wärme aus dem Körper - Katzen lecken das Fell feucht - Verdunstung schafft Kühle - Manche Tiere suchen nasse Schlamm- oder Wasserlöcher auf usw. Bei Kälte wird bei Gleichwarmen oft Wärme durch Muskelzittern erzeugt, da so die Muskeln angeregt werden und die Zellatmungsquote erhöht wird. Außerdem besitzen viele gleichwarme Tiere besondere Kälteisolationen (Fettschichten, Fell usw.) Bei Winterschläfern sinkt übrigens die Körpertemperatur um ca. 10° 15°C ab, um so Nahrungsreserven zu sparen. Sie sind also nicht immer völlig gleichwarm. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 48 Das Murmeltier Murmeltiere gehören zu den Nagetieren. Sie haben eine Körperlänge von 30 bis 60 cm, (plus 10 bis 25 cm Schwanz). Ihr Gewicht liegt zwischen 3 und 7 kg. Die Fellfarbe kann je nach Art unterschiedlich sein, ist aber meistens ein braun-schwarz. In Mitteleuropa und Asien leben die meisten Murmeltiere im Hochgebirge (Alpen, Karpaten, Hohe Tatra, Pyrenäen). Sie sind gut an das alpine Klima angepasst. Einige wenige Arten leben in Grassteppen (z.B. das Steppenmurmeltier, im Osten Polens). In Nordamerika leben die meisten Arten in den subarktischen Breiten Kanadas und Alaskas sowie das Waldmurmeltier in den kälteren Wäldern der USA. Quelle Bild: GNU-Lizenz für freie Dokumentation, Version 1.2 & r Creative Commons-Lizenz Namensnennung-Weitergabe unter gleichen Bedingungen 3.0 Unported by wikicommonsuser François Trazzi. - thank you; http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Marmota_marmota_Alpes2.jpg; http://de.wikipedia.org/wiki/GNU-Lizenz_f %C3%BCr_freie_Dokumentation http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.de 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 49 Abiotischer Faktor: Boden Der Boden ist besonders für Pflanzen einer der entscheidenden Faktoren. Durch seine Korngöße und seine chemische Zusammensetzung bestimmt er maßgeblich, welche Pflanzen auf ihm wachsen. Der Boden wird gebildet aus dem darunter liegenden Gestein. Dieser Jahrhunderte dauernde Prozess wird Verwitterung genannt. Die Qualität eines Bodens ist abhängig von: 1. dem Gestein (bestimmt auch den pH-Wert! Z.B. verwittert Granit sauer, Kalk hingegen alkalisch) 2. dem Relief 3. dem Klima 4. der Wassermenge 5. den Lebewesen, welche in ihm leben (Regenwürmer, Humusbildner, Destruenten, usw...?) 6. der Durchlüftung 7. der Alter des Bodens 8. Schadstoffeintrag Boden wird in Profile (bzw. Bodenhorizonte) eingeteilt: Gräbt man mit einem Spaten tief in den Boden sieht man unterschiedliche Farben des Erdreichs. Es handelt sich um so genannte Horizonte. Ihre Zusammensetzung ist verschieden. Auflagehorizont (O-Horizont): Enthält v.a. Humus, Tiere und Wurzeln A-Horizont: stark humushaltiger (=humoser) Bodenhorizont, besser zersetzt, ca. 50% Hohlräume (!), Lebensraum für Wurzeln und Tiere ⇒ Mutterboden B- Horizont: Kennzeichen ist die starke Mineralverwitterung und der nur geringe Humusanteil. ⇒ Verwitterungsschicht C-Horizont: Ausgangs- oder Bodengestein Während bei uns das Gestein oft erst in einigen Metern Tiefe beginnt, liegt im tropischen Regenwald, dies oft nur 30cm tief. ⇒ kaum Speicherung von Nährstoffen möglich. Die Erdfärbung lässt Rückschlüsse auf den Humusgehalt des Bodens zu: Organische Substanz Farbe Humusanteil 1-2% hellgrau - grau geringer Anteil 2-5% grau - braun mittelerer Anteil 5-30% braun - schwarzgrau hoher Anteil Der Boden ist Lebensraum, Wasserspeicher, Nährstoffspeicher und Verankerungsgrundlage für Pflanzen und Tiere. Je kleiner dabei das Bodenmaterial in seiner Körnung ist, desto besser speichert der Boden Wasser. Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Bodenkunde http://de.wikipedia.org/wiki/Boden_%28Bodenkunde%29 http://de.wikipedia.org/wiki/Bodenprofil http://de.wikipedia.org/wiki/Bearbeitungshorizont http://de.wikipedia.org/wiki/Bodengefüge http://de.wikipedia.org/wiki/Bodenklasse 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 50 Man unterscheidet Bodentypen nach ihrer Korngröße Bodenart Korngröße Merkmale Kies >2mm Sand (2mm - 0,06mm) Schluff (0,06mm - 0,002mm) Ton (<0,002mm) mineralsalzarm, wasserdurchlässig, hält kein Wasser, Für Landwirtschaft ungeeignet mineralsalzarm, wasserdurchlässig leicht zu bearbeiten mineralsalzreich, etwas wasserdurchlässig, hält Wasser lange im Boden, gut zu bearbeiten, da er locker ist mineralsalzreich, wasserundurchlässig, hält viel Wasser, schwer zu bearbeiten, Humus ist Boden, der noch totes organisches Material beinhaltet (Pflanzenreste, tierische Exkremente, Tierkadaver usw.). Humus stellt in der Regel die obere Auflagen des Bodens dar. Seine Qualität ist maßgeblich durch tierische und bakterielle Aktivität bestimmt. Lehm ist eine Mischung aus Sand (Partikel > 63 µm), Schluff (Partikel > 2 µm) und Ton Die Mischungsverhältnisse von Sand, Schluff, und Ton können innerhalb definierter Grenzen schwanken. Löss: vom Wind transportiertes und abgelagertes Sediment. Hauptbestandteil ist Schluff. Je kleiner die Korngröße, desto besser kann der Boden das Wasser festhalten. Sandige Böden sind demzufolge trockene Böden und erlauben kaum Pflanzenwuchs. http://de.wikipedia.org/wiki/Humus http://de.wikipedia.org/wiki/Lehm http://de.wikipedia.org/wiki/Löss 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 51 Die 3 Hauptbodenarten Sandboden Lehmboden Tonboden große Körner, oft relativ rein und nicht vermischt mit anderen (feineren) Bodenarten Mittlere Körner, oft gemsischt aus SandSchluff und TonAnteilen. Feinere Körner, oft nicht gut vermischt mit anderen Körnern. Hin und wieder mit Schluff-Anteilen Wasserabfluss schnell ziemlich schnell langsam bis garnicht! Wasserhaltung kaum gut bis sehr gut sehr gut! Versorgung mit Sauerstoff Viele Poren und lockeres Gefüge ⇒ sehr gut Durchlüftung viele ähnlich große Poren, Krümelgefüge ⇒ ziemlich gute Durchlüftung wenig Poren, Boden oft sehr dicht und mit Wasser u.U. "verstopft" ⇒ schlechte Durchlüftung. Gehalt an organischen Nährstoffen und Mineralsalzen relativ wenig Humus vorhanden sowie starker Wasserdurchfluss ⇒ Nährstoffarm viel Humus und nur langsamer Wasserabfluss ⇒ hoher Nährstoffgehalt viel Humus und kaum Wasserabfluss ⇒ hoher Nährstoffgehalt trockener Boden, der aber leicht durchwurzelt werden kann ⇒ nur Standort für anspruchslosere Arten mit guter Anpassung wasserhaltender Boden mit guter Durchwurzelbarkeit ⇒ guter Standort oft zu feucht und nur schwer Durchwurzelbar ⇒ Nur angepasste Pflanzen, welche keine tiefen Wurzeln benötigen ⇒ Wiesen und Weiden Korngöße und Reinheit Pflanzenwachstum 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 52 Die Schlämmprobe Durch eine Schlämmprobe werden Bodenbestandteile aufgetrennt. Dazu gibt man zu einer Bodenprobe in ein genügend großes Gefäß ca. die doppelte Menge Wasser hinzu. Alles wird dann geschüttelt und dann wartet man, bis die die Bestandteile abgesetzt haben (Sedimentation). Wasser Pflanzenreste & grober Humus H2O mit etwas Salz 2/3 schütteln Ton & Wasser Humus Ton Bodenprobe 1/3 Sand, Kies und Steine Unten lagern sich dabei die schwersten Bodenpartikel ab. Nicht zersetzte Pflanzenteile schwimmen auf dem Wasser. Die freigesetzte Luft stammt aus den Bodenproren. Diese Luft im Boden wird z.B. von den Wurzeln der Pflanzen für ihre Zellatmung sowie von den dort lebenden Tieren benötigt. Ist der Boden zu dicht (z.B. wenn der Tonanteil sehr hoch ist), dann können Wurzeln und Tiere, besonders bei Regen, absterben. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 53 Mineralsalzgehalt von Böden und ihre Auswirkungen (die Minimalfaktoren) Böden unterschieden sich hinsichtlich ihres Gesteins. Je nach Gestein, werden durch Verwitterung also andere Mineralsalze freigesetzt. Dies bestimmt maßgeblich das Aussehen und Vorkommen der auf dem Boden wachsenden Vegetation. Die Vegetation ihrerseits bestimmt welche Tierarten in dem Gebiet vorkommen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Vergesellschaftungen bzw. Pflanzengesellschaften. In Mitteleuropa liegt als Pflanzengesellschaft oft ein Luzulo-Fagetum11 vor. Stimmt die Mischung an Mineralsalzen für eine bestimmt Pflanzenart, so sind bei guter Versorgung mit Mineralsalzen die Wurzellänge, das Blattwachstum und die Pflanzengröße optimal ausgebildet. Wenn beispielsweise ein Pflanze keimt, dann kann der Keimling von den im Samen gespeicherten Nährstoffen eine Zeit lang leben. Wenn diese verbraucht sind, muss der jungen Pflanze eine andere Quelle für Salze zur Verfügung stehen. Mineralsalze werden mit dem Wasser über die Wurzeln aufgenommen. Aufmerksam wurde man schon in der Antike auf die Wichtigkeit des Bodens und seiner enthaltenen Salze. Wurde auf einem Acker mehrere Jahre das gleiche Getreide gepflanzt, wurden die Pflanzen von Jahr zu Jahr kleiner. Der Pflanzenwechsel (Fruchtwechselwirtschaft: z.B. Getreide - Rüben Kartoffeln - Klee (ohne Brache!)) und eine unterstützende Düngung beugen diesem heute vor. Im Mittelalter verwendete man die Dreifelderwirtschaft. Fehlen bestimmt Salze im Boden, so äußert sich dies in einem unnormalen Längenwachstum des Sprosses, so wie fehlender oder unvollständiger Ausbildung der Blattpigmente oder kümmerhaften Wuchses. Die wichtigsten Salze sind K, P, N, Ca, Mg, S, Fe. Der Darmstädter Chemiker Justus von Liebig (1803-1873) fand heraus, dass das Pflanzenwachstum unmittelbar vom Angebot an Mineralsalzen abhängt: Zeigt eine Pflanze trotz ausreichender Sonnenstrahlung und Wasserversorgung kein normales Aussehen, dann fehlen in der Regel Mineralsalze und Spurenelemente. Die wichtigsten sind: Calcium-, Eisen-, Kalium-, Phosphor-, Magnesium-, Natrium-, Schwefel- und Stickstoffionen12 begrenzender Faktor K P N Ca Mg S ⇒ gutes Wachstum 11 12 K P N Ca Mg S ⇒ geringes Wachstum (Nekrosenbildung) =Hainsimsen-Buchenwald bitte beachten, bei Spurenelementen (der Name ist schon Unsinn!) und Mineralsalzen meint man immer die Ionen! 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 54 In der Landwirtschaft sind viele Böden heute durch intensiven Anbau arm an Stickstoff. Es gibt daher zwei Möglichkeiten dies zu ändern: a) Anbau und anschließendes Unterpflügen von Pflanzen, die Stickstoff aus der Luft binden (=Gründüngung) b) Düngung mit stickstoffhaltigen Salzen Ein solcher behandelter Boden lässt Pflanzen schneller wachsen und bringt größere Ernteerträge. Also Dünger werden v.a. Gülle oder Nitrate wie Ammoniumnitrat verwendet. Auch Gülle enthält Nitrate. Das Problem ist, das Nitrate im Boden zu giftigen Nitriten reagieren können. Typische Mangelerscheinungen: - kleiner Wuchs - graue und welke Blätter - Nekrosen (helle Stellen, an denen das Blatt scheinbar altert) Oft reicht in einziges fehlendes Mineralsalz, um Mangelerscheinungen auszulösen. Der Mangel eines Salzes kann übrigens nicht durch Gabe anderer Salze kompensiert werden ⇒ Überdüngung ist nutzlos und belastet nur das Trinkwasser! 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 55 Liebig Modell zur Versorgung mit Mineralsalzen: Die Minimum-Tonne Das Minimumgesetz von Justus von Liebig besagt, dass das Wachstum von Pflanzen durch die knappste Ressource eingeschränkt wird. Es gilt übertragen auch auf sehr viele Tierarten. Das Element, welches im Boden im geringsten Maße (im Verhältnis zum Bedarf der Pflanze an allen Mineralsalzen!) bestimmt maßgeblich das Wachstum, da es limitierend wirkt. (Zum Vergleich: eine Pfadfindergruppe läuft auch nur so schnell, wie der Langsamste) Das Mineralsalz, welches bereits im Überfluss vorhanden ist, hat somit logischerweise keinen Einfluss auf das Wachstum! Dieses Gesetz findet Anwendung sowohl bei der Düngung in der Landwirtschaft als auch beim Muskelaufbau/ Muskelerhalt von beispielsweise Leistungssportlern. N Mg Fe Ca NO3 SO4 Na PO4 K Es kann von den Mineralsalzen auch auf alle anderen abiotischen Faktoren erweitert werden und ist nach wie vor gültig. So kann ein Tier, welches in Bezug auf die Temperatur, Nährsalzversorgung usw. nahe dem Optimum dennoch nicht überleben, wenn der abiotische Faktor Wasser fehlt. Mangelerscheinungen bei Pflanzen Magnesiummangel Kaliummangel Stickstoffmangel Phosphatmangel Eisenmangel Blättern zeigen gelbe Flecken auf (=Chlorosen), Blattadern bleiben erstmal grün Pflanze blüht nicht, braunrote Verfärbungen an den Blattspitzen. ganze Blätter vergilben Blätter sind dunkelgrün bis rötlich verfärbt jüngere Blätter an den Triebspitzen hellen auf, vergilben und vertrocknen schließlich Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Dünger http://de.wikipedia.org/wiki/Liebigsches_Minimumgesetz http://de.wikipedia.org/wiki/Minimum-Tonne http://de.wikipedia.org/wiki/Pflanzengesellschaft (höllisch interessant *g*) http://www.schmitzens-botanikseite.de/luzfag/luzfag2.htm (super interessant) 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 56 Übungsaufgaben Ökologie 1. Kannst Du für jedes Tier bestimmen, welcher oder welche abiotischen Faktoren für die jeweilige Tierart sehr wichtig sind? (und welcher eventuell der weniger entscheidende ist?) 2. Erstelle für das Reptil die Optimumskurve in Bezug auf den abiotischen Faktor „Temperatur“ 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 57 Zeigerorganismen Die Wissenschaft macht sich heutzutage stenöke Pflanzen gerne zunutze. Sind Lebewesen besonders auf einen Umweltfaktor hin besonders stenök, so zeigt das Vorkommen dieser Art dem geschulten Beobachter einiges über dies Umweltfaktor. Solche Lebewesen nennt man auch Zeigerorganismen. Sie erlauben Rückschlüsse auf herrschende Umweltbedingungen. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Bioindikatoren. Beispiele für Zeigerorganismen Temperatur: • Forellen leben nur bei Temperaturen unter 15°C Licht: • Waldsauerklee und Schattenblume für wenig Licht Wasser: • Ackerschachtelhalm und Wollgras für feuchte Böden • Elritzen (Fische), Daphnien (Krebse) sowie Volvox lebt nur in sauberen Wasser • Seeigel in Massen sprechen für hohen Nährstoffgehalt von Meerwasser (Verschmutzung durch Fakalien!) • feuchter Boden wird durch Ampfer, Kohldistel, Wiesenschaumkraut und Trollblume gezeigt Mineralsalze im Boden • Welsches Weidelgras ist empfindlich gegen Schwefel und Schwermetalle • Kletten-Labkraut, Kerbel, Melde, Vogelmiere, Kreuzkraut, scharfer Hahnenfuß, Giersch und Brennnessel zeigen hohen Stickstoffgehalt. • Mauerpfeffer, Wilde Möhre, Hundskamille zeigen geringen Stickstoffgehalt • saurer Boden wird durch Honiggras, Hundskamille, Kleiner Sauerampfer und Ackerminze gezeigt • alkalischer Boden wird durch Luzerne, Leinkraut, Ackersenf, Vogelmiere und Ackerstiefmütterchen pH-Wert • Fichten wachsen nur auf saurem Boden Luftverschmutzung • Flechten verfärben sich bei Vorhandensein von Schwefeldioxid (da es mit Regenwasser eine Säure bildet). • Tabakpflanzen reagieren empfindlich auf Ozon Atemgase • Bachforellen leben nur in sauerstoffreichen Gewässern ⇒ obere Bachläufe, wo das Wasser stark mit Sauerstoff angereichert ist. Zusatzinformationen: http://de.wikipedia.org/wiki/Bioindikator http://de.wikipedia.org/wiki/Zeigerpflanzen http://de.wikipedia.org/wiki/Zeigertiere http://de.wikipedia.org/wiki/Zeigerwerte_nach_Ellenberg 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 58 Bachforellen Bachforelle Anzahl an Individuen Karpfen 0 5 10 15 20 25 30 35 Temp. [°C] 40 Aufgaben: 1. Erstelle einen Steckbrief für die Bachforelle 2. In welcher Jahreszeit ist das Photo entstanden? 3. Vergleiche die beiden Toleranzkurven 4. Begründe, warum man die Bachforelle als Bioindikator verwenden kann. 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 59 Aufgabe zur Höhenzonierung in den Alpen Aufgaben: In den Alpen und anderen höheren Gebirgen kann man leicht eine Vegetationszonierung erkennen. Stelle mögliche Grunde und die passenden Konsequenzen dazu miteinander in Beziehung und erkläre so die hier vorliegende Zonierung. Beachte: In Gebirgen fällt die durchschnittliche Temperatur um ca. 0,5°C je weitere 100 Höhenmeter 23.05.2011 Kapitel 04.07: Abiotische Faktoren 60 Wiederholungsfragen 1. Definieren Ökosystem und die Begriffe Biotop, Biozönose und Habitat. 2. Warum liegen am Waldboden nicht meterhohe Haufen von Blättern? 3. Was sind Destruenten? Nenne bekannte Lebewesen. 4. In welche Bestandteile werden die organischen Stoffe zerlegt? 5. Wird alles, was Pflanzen produzieren von Konsumenten gefressen? 6. Warum wird der Komposthaufen warm (und kleiner)? 7. Warum soll man keine Kunststoffe am Waldboden liegen lassen? 8. Betrachte einmal typische Fraßspuren an Blättern, was verraten sie alles? 9. Warum wird ein Laubblatt schneller zersetzt als Filterpapier? 10. Warum wird auch ein Filterpapier nach einiger Zeit zersetzt? (Woher kommen die Bakterien) 11. Was versteht man unter Nahrungskette, Nahrungsnetz und Nahrungspyramide? 12. Was ist der Unterschied zwischen Destruenten und Konsumenten. 13. Zersetzen Bakterien auch andere Stoffe als Zellulose? 14. Was sind die Stoffwechselprodukte der Pilze? Wie kann man sie zeigen? 23.05.2011
